Bevis

Du forventes å kunne dette beviset til eksamen

Hvis ff er kontinuerlig på [a,b][a,b] og F(x)=axf(t)dtF(x) = \int_a^x f(t)\,dt for xx i [a,b][a,b], så er FF deriverbar og F(x)=f(x)F'(x) = f(x) (analysens fundamentalteorem).

Forutsetninger:

  • Definisjonen av den deriverte som grenseverdi av differansekvotienten: F(x)=limh0F(x+h)F(x)hF'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{F(x+h)-F(x)}{h}.
  • At integralet over et sammensatt intervall kan deles opp i to biter: ax+hf(t)dt=axf(t)dt+xx+hf(t)dt\int_a^{x+h} f(t)\,dt = \int_a^x f(t)\,dt + \int_x^{x+h} f(t)\,dt – arealet fra aa til x+hx+h er arealet fra aa til xx pluss det ekstra stykket fra xx til x+hx+h.
  1. Sett F(x)=axf(t)dtF(x)=\int_a^x f(t)\,dt inn i differansekvotienten, og bruk oppdelingsregelen fra forutsetningene til å skrive om telleren – de to integralene fra aa til xx kansellerer hverandre:
    F(x+h)F(x)=(axf(t)dt+xx+hf(t)dt)axf(t)dt=xx+hf(t)dtF(x+h)-F(x) = \left(\int_a^x f(t)\,dt + \int_x^{x+h} f(t)\,dt\right) - \int_a^x f(t)\,dt = \int_x^{x+h} f(t)\,dt
  2. Differansekvotienten blir dermed gjennomsnittsverdien av ff over det lille intervallet [x,x+h][x, x+h]:
    F(x+h)F(x)h=1hxx+hf(t)dt\frac{F(x+h)-F(x)}{h} = \frac{1}{h}\int_x^{x+h} f(t)\,dt
  3. La mhm_h og MhM_h være den minste og den største verdien ff har på [x,x+h][x, x+h] (disse finnes siden ff er kontinuerlig på et lukket intervall). Arealet under grafen på dette intervallet ligger mellom arealet av det laveste og det høyeste rektangelet med bredde hh:
    mhhxx+hf(t)dtMhhm_h \cdot h \le \int_x^{x+h} f(t)\,dt \le M_h \cdot h
  4. Del alle tre leddene på hh (lovlig for h>0h > 0):
    mh1hxx+hf(t)dtMhm_h \le \frac{1}{h}\int_x^{x+h} f(t)\,dt \le M_h
  5. Når h0h \to 0, krymper intervallet [x,x+h][x, x+h] til selve punktet xx. Siden ff er kontinuerlig, går da BÅDE mhm_h og MhM_h mot f(x)f(x) – minste og største verdi på et intervall som krymper til ett punkt, må begge nærme seg funksjonsverdien i akkurat det punktet. Uttrykket i midten er «klemt» mellom to grenser som begge går mot f(x)f(x), så det må selv gå mot f(x)f(x) (klem-prinsippet):
    limh01hxx+hf(t)dt=f(x)\lim_{h \to 0} \frac{1}{h}\int_x^{x+h} f(t)\,dt = f(x)

F(x)=f(x)F'(x) = f(x)